專利名稱：基于衛(wèi)星導(dǎo)航和Kalman濾波的高精度授時(shí)系統(tǒng)及方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及衛(wèi)星導(dǎo)航領(lǐng)域與通信領(lǐng)域，具體為一種基于衛(wèi)星導(dǎo)航和Kalman濾波的高精度授時(shí)系統(tǒng)及方法，利用Kalman濾波技術(shù)和衛(wèi)星導(dǎo)航對(duì)秒信號(hào)發(fā)生器的相位誤差以及頻率誤差進(jìn)行校正，實(shí)現(xiàn)高精度的授時(shí)功能。
背景技術(shù)：
近年來，隨著衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的發(fā)展，衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)在日常工作與生活中占有了越來越重要的地位。衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)在實(shí)現(xiàn)定位以及定速功能的同時(shí)，可以將本地接收機(jī)的時(shí)鐘誤差信息一并解算出來，利用本地誤差信息可以對(duì)接收機(jī)的秒信號(hào)產(chǎn)生電路的相位信息進(jìn)行修正，實(shí)現(xiàn)授時(shí)的功能。但是傳統(tǒng)的授時(shí)系統(tǒng)受到定位精度的影響，存在較大的抖動(dòng)。同時(shí)傳統(tǒng)的授時(shí)方法不考慮晶振誤差對(duì)于秒信號(hào)造成的影響，近一步降低了授時(shí)系統(tǒng)的精度。例如在謝剛的《GPS原理與接收機(jī)設(shè)計(jì)》一書中提到的授時(shí)方法就并未涉及對(duì)于晶振誤差的估計(jì)。

發(fā)明內(nèi)容
要解決的技術(shù)問題針對(duì)直接利用鐘差信息對(duì)秒信號(hào)進(jìn)行校正誤差較大的缺點(diǎn)，以及晶振誤差帶來的時(shí)鐘誤差，本發(fā)明提出了一種基于衛(wèi)星導(dǎo)航和Kalman濾波的高精度授時(shí)系統(tǒng)及方法，對(duì)鐘差進(jìn)行Kalman濾波，降低時(shí)鐘的抖動(dòng)，同時(shí)利用濾波得到秒信號(hào)頻率誤差對(duì)秒信號(hào)發(fā)生器的頻率控制字進(jìn)行調(diào)整，提高授時(shí)信號(hào)的精度。技術(shù)方案本發(fā)明的技術(shù)方案為:所述基于衛(wèi)星導(dǎo)航和Kalman濾波的高精度授時(shí)系統(tǒng)，包括衛(wèi)星接受模塊、定位解算模塊、Kalman濾波器和秒信號(hào)發(fā)生器；所述衛(wèi)星接受模塊接受衛(wèi)星位置信息與偽距信息，并傳遞給定位解算模塊，定位解算模塊根據(jù)衛(wèi)星位置信息與偽距信息得到衛(wèi)星接受模塊的鐘差信息，并將衛(wèi)星接受模塊的鐘差信息傳遞給Kalman濾波器，Kalman濾波器對(duì)衛(wèi)星接受模塊的鐘差信息進(jìn)行Kalman濾波，根據(jù)得到鐘差信息以及頻差信息得到秒信號(hào)發(fā)生器的相位控制字以及頻率控制字，Kalman濾波器將得到的相位控制字以及頻率控制字傳遞給秒信號(hào)發(fā)生器，實(shí)現(xiàn)高精度授時(shí)。本發(fā)明中的方法包括定位解算、Kalman濾波、時(shí)鐘校正三個(gè)部分。定位解算采用傳統(tǒng)的最小二乘法對(duì)定位結(jié)果進(jìn)行解算，同時(shí)得到衛(wèi)星接收機(jī)鐘差信息，通過Kalman濾波器對(duì)定位解算得到的鐘差信息進(jìn)行濾波。利用濾波得到的結(jié)果對(duì)秒信號(hào)發(fā)生器進(jìn)行校正，得到精確的時(shí)鐘息。所述基于衛(wèi)星導(dǎo)航和Kalman濾波的高精度授時(shí)方法，采用以下步驟:步驟1:衛(wèi)星接受模塊接受衛(wèi)星位置信息與偽距信息，根據(jù)衛(wèi)星位置信息與偽距信息，采用最小二乘法解算衛(wèi)星接受模塊的鐘差信息S tg ；
步驟2:對(duì)衛(wèi)星接受模塊的鐘差信息進(jìn)行Kalman濾波，對(duì)于第k次濾波具體步驟如下:步驟2.1:Kalman濾波的時(shí)間更新過程:
權(quán)利要求
1.一種基于衛(wèi)星導(dǎo)航和Kalman濾波的高精度授時(shí)系統(tǒng)，包括衛(wèi)星接受模塊、定位解算模塊、Kalman濾波器和秒信號(hào)發(fā)生器；所述衛(wèi)星接受模塊接受衛(wèi)星位置信息與偽距信息，并傳遞給定位解算模塊，定位解算模塊根據(jù)衛(wèi)星位置信息與偽距信息得到衛(wèi)星接受模塊的鐘差信息，并將衛(wèi)星接受模塊的鐘差信息傳遞給Kalman濾波器，Kalman濾波器對(duì)衛(wèi)星接受模塊的鐘差信息進(jìn)行Kalman濾波，根據(jù)得到鐘差信息以及頻差信息得到秒信號(hào)發(fā)生器的相位控制字以及頻率控制字，Kalman濾波器將得到的相位控制字以及頻率控制字傳遞給秒信號(hào)發(fā)生器，實(shí)現(xiàn)高精度授時(shí)。
2.一種基于衛(wèi)星導(dǎo)航和Kalman濾波的高精度授時(shí)方法，采用以下步驟: 步驟1:衛(wèi)星接受模塊接受衛(wèi)星位置信息與偽距信息，根據(jù)衛(wèi)星位置信息與偽距信息，采用最小二乘法解算衛(wèi)星接受模塊的鐘差信息δ tg ； 步驟2:對(duì)衛(wèi)星接受模塊的鐘差信息進(jìn)行Kalman濾波，對(duì)于第k次濾波具體步驟如下: 步驟2.1:Kalman濾波的時(shí)間更新過程: 對(duì)狀態(tài)向量Xlri = [ δ V1 δ fk_J進(jìn)行估計(jì)，得到狀態(tài)估計(jì)值&，其中δ V1為秒信號(hào)發(fā)生器的鐘差信息、SfV1為秒信號(hào)發(fā)生器頻差信息，估計(jì)式為& —J= i j當(dāng)~ ^ ^k-1， l_u I」，k=l時(shí)，Xlri取值為[O O];根據(jù)式為得到協(xié)方差陣Plri的預(yù)測(cè)矩陣K，其中Q為過程噪聲協(xié)方差陣； 步驟2.2 =Kalman濾波的量測(cè)更新過程: 根據(jù)式Kk = >('丨+ R) 1得到增益矩陣Kk，其中C = [I O]，R為量測(cè)噪聲協(xié)方差陣；根據(jù)式1=1,+4.( -C.之)得到濾波后的狀態(tài)向量矩陣Xk，根據(jù)式得到更新后的協(xié)方差矩陣Pk，其中I為二維單位矩陣； 步驟3:利用每一次濾波得到的秒信號(hào)發(fā)生器的鐘差信息乘以晶振的頻率&得到秒信號(hào)發(fā)生器的相位控制字Np的調(diào)整量ANp，用Np減去調(diào)整量ANp得到精確的秒信號(hào)發(fā)生器的相位控制字；利用每一次濾波得到的秒信號(hào)發(fā)生器的頻差信息乘以晶振的頻率4得到秒信號(hào)發(fā)生器的頻率控制字Nf的調(diào)整量Λ Nf，用Nf減去調(diào)整量Λ Nf得到精確的秒信號(hào)發(fā)生器的頻率控制字；根據(jù)得到的 精確的秒信號(hào)發(fā)生器的相位控制字和頻率控制字，實(shí)現(xiàn)高精度授時(shí)。
全文摘要
本發(fā)明設(shè)計(jì)了一種基于衛(wèi)星導(dǎo)航和Kalman濾波的高精度授時(shí)系統(tǒng)及方法，該系統(tǒng)包含數(shù)據(jù)解算與授時(shí)濾波兩部分。數(shù)據(jù)解算部分采用傳統(tǒng)的最小二乘法解算出北斗二代接收機(jī)的位置信息以及鐘差信息，之后利用Kalman濾波器對(duì)鐘差信息進(jìn)行濾波得到秒信號(hào)發(fā)生器的相位誤差信息以及頻率誤差信息，最后利用濾波得到秒信號(hào)發(fā)生器的相位誤差信息以及頻率誤差信息對(duì)秒信號(hào)發(fā)生器的初始相位以及頻率計(jì)數(shù)字進(jìn)行調(diào)整，實(shí)現(xiàn)高精度授時(shí)的功能。本發(fā)明解決了現(xiàn)有技術(shù)條件下授時(shí)精度不高，以及秒信號(hào)發(fā)生器易受晶振頻率誤差影響的問題。
文檔編號(hào)G01S19/27GK103176190SQ201310069980
公開日2013年6月26日 申請(qǐng)日期2013年3月6日 優(yōu)先權(quán)日2013年3月6日
發(fā)明者何偉, 廉保旺, 唐成凱, 雷浩, 廉偉林, 楊瓊 申請(qǐng)人:西北工業(yè)大學(xué)